DE102016006800A1 - Method and device for producing a membrane electrode assembly of a fuel cell - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung einer Brennstoffzelle, bei dem eine katalysatorbeschichtete Membran mit mindestens einem Rahmenelement (R) stoffschlüssig verbunden wird, wobei – ein Klebstoff zumindest bereichsweise auf das mindestens eine Rahmenelement (R) und die katalysatorbeschichtete Membran aufgebracht wird, – das mindestens eine Rahmenelement (R) und die katalysatorbeschichtete Membran zusammengefügt werden und – der Klebstoff ausgehärtet wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Oberfläche des Rahmenelements (R), auf welche der Klebstoff aufgebracht wird, vor dem Aufbringen des Klebstoffs mittels einer Plasmabehandlung vorbehandelt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung (V) zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung einer Brennstoffzelle.The invention relates to a method for producing a membrane-electrode assembly of a fuel cell, in which a catalyst-coated membrane with at least one frame member (R) is materially connected, wherein - an adhesive at least partially on the at least one frame member (R) and the catalyst-coated membrane is applied, - the at least one frame element (R) and the catalyst-coated membrane are joined together and - the adhesive is cured. According to the invention, it is provided that a surface of the frame element (R), to which the adhesive is applied, is pretreated prior to application of the adhesive by means of a plasma treatment. The invention further relates to a device (V) for producing a membrane electrode assembly of a fuel cell.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung einer Brennstoffzelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung einer Brennstoffzelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3.The invention relates to a method for producing a membrane electrode assembly of a fuel cell according to the preamble of
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung einer Brennstoffzelle bekannt. Beispielsweise ist in der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung einer Brennstoffzelle anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved method and an improved apparatus for producing a membrane-electrode assembly of a fuel cell.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 3 angegebenen Merkmalen gelöst.With regard to the method, the object is achieved according to the invention with the features specified in
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
In einem Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung einer Brennstoffzelle wird eine katalysatorbeschichtete Membran mit mindestens einem Rahmenelement stoffschlüssig verbunden. Dazu wird ein Klebstoff zumindest bereichsweise auf das mindestens eine Rahmenelement und die katalysatorbeschichtete Membran aufgebracht, das mindestens eine Rahmenelement und die katalysatorbeschichtete Membran werden zusammengefügt und der Klebstoff wird ausgehärtet.In a method for producing a membrane-electrode arrangement of a fuel cell, a catalyst-coated membrane is adhesively bonded to at least one frame element. For this purpose, an adhesive is at least partially applied to the at least one frame member and the catalyst-coated membrane, the at least one frame member and the catalyst-coated membrane are joined together and the adhesive is cured.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Oberfläche des Rahmenelements, auf welche der Klebstoff aufgebracht wird, vor dem Aufbringen des Klebstoffs mittels einer Plasmabehandlung vorbehandelt wird.According to the invention, it is provided that a surface of the frame element, to which the adhesive is applied, is pretreated before the application of the adhesive by means of a plasma treatment.
Diese Vorbehandlung der Oberfläche des Rahmenelements, welches üblicherweise aus Kunststoff gefertigt ist, erhöht die Oberflächenenergie des Rahmenelements und somit eine Adhäsionskraft zwischen dem Rahmenelement und der katalysatorbeschichteten Membran. Dies ist vorteilhaft, da aus Kunststoff gefertigte Materialien üblicherweise eine niedrige Oberflächenenergie aufweisen und eine Benetzung durch Klebstoff nicht oder nicht vollständig möglich ist. Dabei wird mittels der Plasmabehandlung ein molekularer Aufbau der Oberfläche des Rahmenelements verändert, wobei in Abhängigkeit eines verwendeten Prozessgases Moleküle, z. B. Sauerstoff- oder Stickstoffmoleküle, an der Oberfläche angelagert werden, die eine Verbindung mit dem Klebstoff eingehen. Die Verbindung zwischen dem Klebstoff und der behandelten Oberfläche ist damit gegenüber dem Stand der Technik weniger gasdurchlässig, was in einer erhöhten Dichtungswirkung der Membran-Elektroden-Anordnung resultiert. Zudem wird aufgrund der verbesserten Adhäsionskraft zwischen der katalysatorbeschichteten Membran und dem Rahmenelement eine robuste Membran-Elektroden-Anordnung ausgebildet, welche gegenüber dem Stand der Technik eine erhöhte Beständigkeit gegenüber mechanischen und chemischen Beanspruchungen aufweist.This pretreatment of the surface of the frame member, which is usually made of plastic, increases the surface energy of the frame member and thus an adhesion force between the frame member and the catalyst-coated membrane. This is advantageous because materials made of plastic usually have a low surface energy and wetting by adhesive is not or not completely possible. In this case, a molecular structure of the surface of the frame member is changed by means of the plasma treatment, wherein depending on a used process gas molecules, for. As oxygen or nitrogen molecules are attached to the surface, which form a compound with the adhesive. The bond between the adhesive and the treated surface is thus less permeable to gas than the prior art, resulting in an increased sealing effect of the membrane-electrode assembly. In addition, due to the improved adhesion between the catalyst-coated membrane and the frame member, a robust membrane-electrode assembly is formed, which has increased resistance to mechanical and chemical stress as compared to the prior art.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:Showing:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Die Vorrichtung V umfasst eine Aufbringeinheit
Die Aufbringeinheit
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung V eine Bestrahlungsanordnung
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung V eine Fügeeinheit
Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung V erfindungsgemäß eine Vorbehandlungseinheit
Die Vorbehandlung der Oberfläche des Rahmenelements R dient der Erhöhung einer Oberflächenenergie, da das Rahmenelement R üblicherweise aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus Kunststoff, gefertigt ist. Kunststoff weist bekanntermaßen eine niedrige Oberflächenenergie auf, wodurch eine Benetzung mit dem chemisch härtbaren Klebstoff nicht oder nicht vollständig möglich ist. Daraus resultierend ist eine Klebewirkung zwischen dem Rahmenelement R und der katalysatorbeschichteten Membran nicht optimal. Mittels der Vorbehandlung der Oberfläche des Rahmenelements R kann eine Klebewirkung zwischen dem Rahmenelement R und der katalysatorbeschichteten Membran optimiert werden.The pretreatment of the surface of the frame element R serves to increase a surface energy, since the frame element R is usually made of an electrically insulating material, in particular of plastic. Plastic is known to have a low surface energy, whereby wetting with the chemically curable adhesive is not or not completely possible. As a result, an adhesion between the frame member R and the catalyst-coated membrane is not optimal. By means of the pretreatment of the surface of the frame element R, an adhesive effect between the frame element R and the catalyst-coated membrane can be optimized.
Die Vorbehandlungseinheit
Dazu zeigen die
Die Vorbehandlungseinheit
Die Elektroden
Wird mittels der Hochspannungsquelle
Eine alternative Ausführung dazu ist in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE112005002974T5 (en) | 2004-12-13 | 2007-10-25 | General Motors Corp., Detroit | Design, process and process for a unified MEA |
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